Cours 2019-2020

Electronique et photonique moléculaires [SCHIM123]

  • 3 crédits
  • 15h
  • 2e quadrimestre
Langue d'enseignement: Français
Enseignant: Champagne Benoit

Acquis d'apprentissage

Maitriser les phénomènes physico-chimiques à la base de l’électronique et de la photonique moléculaires. 

Objectifs

Donner une introduction au monde fascinant de l’électronique et de la photonique moléculaire. Montrer comment une approche d’ingénierie moléculaire a permis d’optimiser les propriétés électroniques et optiques de molécules en vue d’applications ciblées. 

Contenu

0. Introduction et motivations

 

1. Transferts d’électrons

            I.A. Thermodynamique et constante de vitesse de transfert d’électrons

            I.B. Le tunnelling des électrons dans les réactions de transfert

            I.C. Théorie de Marcus et constante de vitesse de transfert

            I.D. Série homologue de composés: régions normale et inversée.

            I.E. Les transferts de charge adiabatiques (couplage fort)

 

2. Absorption et émission de lumière – couleurs

            2.A. Notions de photon et de spectre électromagnétique

            2.B. Propriétés de la lumière (réflexion, réfraction, diffraction et diffusion)

            2.C. Phénomènes d’absorption et d’émission, couleurs par addition et soustraction

            2.D. Ingénierie des couleurs (effets de taille, de substituants, d’environnement)

            2.E. Les molécules du vivant colorées (porphyrines, rétinal, protéines fluorescentes)

            2.F. Composés thermochromes, photochromes, halochromes, électrochromes, …

            2.G. Solvatochromisme et effets à l’état solide

 

3. Transferts d’énergie (non radiatifs)

            3.A. Transfert d’énergie par résonance de type Förster

            3.B. Transfert d’énergie par échange d’électron (Dexter)

            3.C. Fission singulet et annihilation triplet-triplet

 

4. Applications

            4.A. Polymères conducteurs (notions de soliton, polaron et bipolaron)

            4.B. Diodes électroluminescentes

            4.C. Matériaux photovoltaïques

            4.D. Transferts d’électrons et d’énergie dans les protéines

 

 

Table des matières

0. Introduction et motivations

 

1. Transferts d’électrons

            I.A. Thermodynamique et constante de vitesse de transfert d’électrons

            I.B. Le tunnelling des électrons dans les réactions de transfert

            I.C. Théorie de Marcus et constante de vitesse de transfert

            I.D. Série homologue de composés: régions normale et inversée.

            I.E. Les transferts de charge adiabatiques (couplage fort)

 

2. Absorption et émission de lumière – couleurs

            2.A. Notions de photon et de spectre électromagnétique

            2.B. Propriétés de la lumière (réflexion, réfraction, diffraction et diffusion)

            2.C. Phénomènes d’absorption et d’émission, couleurs par addition et soustraction

            2.D. Ingénierie des couleurs (effets de taille, de substituants, d’environnement)

            2.E. Les molécules du vivant colorées (porphyrines, rétinal, protéines fluorescentes)

            2.F. Composés thermochromes, photochromes, halochromes, électrochromes, …

            2.G. Solvatochromisme et effets à l’état solide

 

3. Transferts d’énergie (non radiatifs)

            3.A. Transfert d’énergie par résonance de type Förster

            3.B. Transfert d’énergie par échange d’électron (Dexter)

            3.C. Fission singulet et annihilation triplet-triplet

 

4. Applications

            4.A. Polymères conducteurs (notions de soliton, polaron et bipolaron)

            4.B. Diodes électroluminescentes

            4.C. Matériaux photovoltaïques

            4.D. Transferts d’électrons et d’énergie dans les protéines

 

Description des exercices

/

Disciplines

Photochimie
Physico-chimie générale

Méthodes d'enseignement

Les principaux concepts seront exposés au tableau et/ou par diaporama et seront illustrés par des expériences ciblées.

Ce cours n’est pas un cours de Chimie Théorique ! : il se focalisera préférentiellement sur les phénomènes plutôt que sur les théories et les dérivations mathématiques rigoureuses. 

Mode d'évaluation

L'évaluation consiste en i) la rédaction du résumé d'un article, mettant en évidence les liens avec le cours et en ii) sa présentation à l’enseignant en 10-15 minutes ; à cette occasion, différentes questions seront posées à l’étudiant pour jauger sa compréhension de l’article et des notions essentielles du cours en relation avec celui-ci. 

Sources, références et supports éventuels

P.W. Atkins and Julio de Paula, Atkins' Physical Chemistry, Oxford University Press, 2009.

A.M. Kuznetsov and J. Ulstrup, Electron Transfer in Chemistry and Biology - An Introduction to the theory, John Wiley & Sons, Chichester, 1999.

F. Delamare and B. Guineau, Colour: Making and Using Dyes and Pigments, Thames & Hudson Ltd, 2000.

V. May and O. Kühn, Charge and Energy Transfer Dynamics in Molecular Systems, Wiley-VCH, Weinheim, 2004.

L. Zuppiroli, M.N. Bussac, and C. Grimm, Traité des Couleurs, PPUR, Lausanne, 2011.

L. Zuppiroli, Traité de la Matière, PPUR, Lausanne, 2015.

J.L. Brédas and S.R. Marder, The WSPC Reference on Organic Electronics : Organic Semiconductors – Materials and Energy, 2016.

 

Langue d'enseignement

Français

Lieu de l'activité

NAMUR

Faculté organisatrice

Faculté des sciences
Rue de Bruxelles, 61
5000 NAMUR

Cycle

Etudes de 2ème cycle